ΛCDM模型

,大约有96%的能量来自奇异的暗物质和暗能量。]]
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ΛCDM模型()是所谓Λ-冷暗物质()模型的简称。它在大爆炸宇宙学中经常被称作索引模型,这是因为它尝试解释了对宇宙微波背景辐射、宇宙大尺度结构以及宇宙加速膨胀的超新星观测。它是当前能够对这些现象提供融洽合理解释的最简单模型。

  • Λ意为宇宙学常数,是解释当前宇宙观测到的加速膨胀的暗能量项。宇宙学常数经常用\Omega_\Lambda\,表示,含义是当前宇宙中暗能量相对于一个平直时空的宇宙的能量所占的比例。最近对\Omega_\Lambda\,的观测结果包括暗能量巡天测得的66.9%,以及2018年普朗克卫星通过微波背景辐射测得比例约为68.3%。
  • 冷暗物质是一种暗物质模型,即它认为在宇宙早期辐射与物质的能量分布相当时暗物质的速度是非相对论性的(远小于光速),因此暗物质是冷的;同时它们是非重子构成的;不会发生碰撞(指暗物质的粒子不会与其他物质粒子发生引力以外的基本相互作用)或能量损耗(指暗物质不会以光子的形式辐射能量)的。冷暗物质占了当前宇宙能量密度的26.5%。剩余的4.9%的包括宇宙中所有的由重子(以及光子等规范玻色子)构成的物质:行星、恒星以及气体星云等。​其主要成功之处包括:
  • 精确拟合普朗克卫星和阿塔卡马宇宙学望远镜观测到的宇宙微波背景辐射角功率谱。
  • 准确描述由于最后散射面波动引起的CMB辐射的线性E模偏振。
  • 准确预测由原初引力波引起的CMB辐射的B模式偏振。
  • 观测到来自128亿光年外星系的H₂O发射谱,与由比我们当前观测到的3K CMB更高能量(16-20K)的宇宙背景辐射激发的分子相一致。

除了成功解释2000年前的多项观测外,该模型还做出了多项成功预测:

  • 成功预测了重子声学振荡特征,并于2005年由SDSS和2dFGRS研究组发现;
  • 成功预测了2000年首次观测到的弱引力透镜统计特性;
  • 成功预测了2002年由DASI发现的CMB偏振特性。

在2015年普朗克数据发布中,温度(TT)功率谱中观测到七个峰值,温度-偏振(TE)交叉谱中六个峰值,以及偏振(EE)谱中五个峰值。​仅通过TT谱就能很好地约束六个自由参数,然后TE和EE谱可以在没有进一步调整的情况下,由ΛCDM模型以百分之几的精度进行理论预测。

扩展模型
由最简单的ΛCDM模型可以进一步扩展为其他模型,例如可以用第五元素替代宇宙常数项,在这种情况下暗能量的状态方程可以为-1以外的其他值。宇宙暴脹预言了时空度规张量的涨落(即引力波),它们的振幅可由张量标量比()参数化,而后者由暴脹的能量尺度决定。其他对模型的修正包括允许空间曲率的存在或随时间变化的能谱指数,这些在一般观点看来都是和暴脹理论相违背的。

允许引入这些参数通常都会增加上述基本参数的测量误差,并在某种程度上使测量值产生偏移。

这些参数与一个具有参数\omega = -1\,的宇宙的状态方程、以及一个空间曲率为零的情形相洽。

参考文献
延伸阅读
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